На написание этой статьи меня сподвигло отсутствие внятно сформулированных рекомендаций по оформлению обоснования 30-й задачи. Как известно, 30-я задача по физике оценивается в 4 балла и ее полное решение состоит из двух частей: «обоснование» (1 балл) и, собственно, «решение» (3 балла). Такое разбиение на "обоснование" и "решение" является "приятным" сюрпризом для учащихся и появилось в тандеме с КИМ 2022 года по физике. К счастью, банк 30-х задач ограничен одним разделом — механика — задач по другим разделам школьного курса Вы здесь не увидите.
Критерии оценивания обоснования задачи довольно жесткие:
"Верно обоснована возможность использования законов (закономерностей)" — ставится 1 балл;
В "обосновании возможности использования законов (закономерностей) допущена ошибка" — 0 баллов.
Таким образом, если в обосновании допущена хотя бы одна ошибка — это гарантированные 0 баллов от эксперта на экзамене. Пытаться написать «что-нибудь» по этой причине лишено всякого смысла — лучше потратить время на что-то другое. Поэтому внимательно читаем рекомендации из этой статьи и пытаемся реализовать на практике.
Итак, с чего начать оформление обоснования?
1. Ввести ИСО (инерциальную систему отсчета)
Этот пункт обязательно должен быть в обосновании ЛЮБОЙ задачи на механику.
Шаблон формулировок:
- Будем считать, что Земля движется равномерно и прямолинейно. Задачу/Движение/равновесие (ненужное
зачеркнуть) тел будем рассматривать в системе отсчета, связанного с Землей. Такая система отсчета по определению называется инерциальной системой отсчета (ИСО). - Рассмотрим задачу/движение/равновесие тел относительно Земли. Будем считать эту систему отсчета инерциальной (ИСО).
Примечание: можно взять любое тело, которое движется равномерно и прямолинейно. Назвать это тело ИСО и рассматривать движение/равновесие тел в задаче относительно СО, связанной с этим телом.
2. Описать модели тел, которые встречаются в задаче
Тела, которые встречаются в задаче, должны быть рассмотрены с позиций одной из двух моделей: модели материальной точки (размеры тела малы, по сравнению с «характерным расстоянием/размером» в задаче) и модели абсолютно твердого тела (форма, размеры, а также расстояния между двумя любыми точками абсолютно твердого тела остаются неизменными).
Шаблон формулировок для модели материальной точки:
- Тело X много меньше расстояния/размера S. Размерами тела можно пренебречь и считать его материальной точкой.
- Тело X можно считать материальной точкой, так как в данных условиях задачи его размер много меньше, чем расстояние/размер S.
Шаблон формулировки для модели абсолютно твердого тела:
- Шар/цилиндр/стержень и т.п.(перечисляем все тела, которые будут описаны, исходя из модели АТТ) будем считать абсолютно твердыми телами. В таком случае, форма, размеры, а также расстояния между двумя любыми точками тел/тела остаются неизменными.
Примечание: если в задаче встречается твердое тело, следует также написать, что движение твердого тела может быть описано суперпозицией поступательного и вращательного движений.
3. Для материальных точек движущихся/покоящихся в ИСО применимы II и III законы Ньютона.
Этот пункт следует упоминать в обосновании, если вы будете использовать законы Ньютона при решении 30-ой задачи, а Вы, скорее всего, будете. Формулировки здесь могут быть самые разнообразные. Отметим следующее:
- для II закона Ньютона можно перечислить силы, которые действуют на тело (нет уверенности, что это обязательно, но, по моему мнению, лучше написать — хуже не будет)
- для III закона Ньютона указать силы взаимодействия между телами
Классический пример: сила с которой тело действует на опору (вес тела P), с той же силой опора действует на тело (сила реакции опоры N). Эти силы равны по модулю и противоположны по направлению по III з-ну Ньютона
4. Если задачу на статику(равновесие) следует написать условия равновесия.
Шаблон формулировки:
- Для того чтобы тело X находилось в равновесии, должно выполняться два условия:
1. Векторная сумма всех сил, приложенных к телу, равна 0;
2. Сумма моментов всех сил, приложенных к телу относительно оси вращения (или любой другой параллельной оси), равна 0.
5. Применение закона сохранения импульса (ЗСИ)
Если в Вашей задаче необходимо использовать закон сохранения импульса, то это обстоятельство обязательно должно быть отражено в обосновании
Шаблон формулировок:
- Тело X, Y, Z и т.д. образуют замкнутую систему (сумма внешних сил равна 0) материальных точек. Суммарный импульс такой системы согласно ЗСИ обязан сохраняться.
- Импульс внешних сил (см. понятие импульс силы), приложенных к телам X, Y, Z, равен 0. Тогда суммарный импульс этой системы тел остается постоянным.
Примечание 1: для быстрых взаимодействий (взрыв, удар) ЗСИ может быть применен даже если система незамкнута. В таком случае следует указать, что взаимодействие является быстрым, и изменением импульса В ПРОЦЕССЕ взаимодействия можно пренебречь. ЗСИ записывается для двух состояний: ДО и сразу ПОСЛЕ такого взаимодействия.
Примечание 2: Внешние силы могут быть не равны 0 (система незамкнута), однако в пространстве существует такое направление, что проекция суммы внешних сил на это направление обращается в 0. В таком случае выполняется закон сохранения проекции импульса на это направление.
Примечание 3: В вашей задаче столкновение может быть описано одной из двух моделей: упругое и неупругое. В случае упругого столкновения/удара сохраняется как суммарный импульс сталкивающихся тел, так и их механическая энергия. Напротив, в случае неупругого удара — суммарная механическая энергия уменьшается и частично переходит в тепло, т.е. во внутреннюю энергию
6. Применение закона сохранения энергии(ЗСЭ)
Если в задаче есть необходимость использовать закон сохранения энергии, то можно использовать одну из следующих формулировок:
- Система тел X,Y,Z — замкнутая, в которой действуют ТОЛЬКО консервативные силы (работа силы не зависит от траектории). Механическая энергия такой системы должна сохраняться.
- Система тел X,Y,Z — замкнутая, а диссипативные силы (силы вязкого, сухого трения) отсутствуют. Механическая энергия такой системы должна сохраняться
- Непотенциальные силы действующие в системе тел X,Y,Z и на систему, не совершают работу, тогда механическая энергия такой системы сохраняется.
Примечание: постарайтесь адаптировать эти формулировки на Ваш частный случай
7. В задаче есть блок
При наличии блока используются следующие приближения:
- нить/веревка невесома и нерастяжима (a1=a2 для неподвижного блока, и a1=0.5a2 для подвижного)
- трение отсутствует (натяжение по обе стороны блока одинаково T1=T2=T)
Пример формулировки:
- Блок — идеальный: трение отсутствует, нить невесома и нерастяжима.
8. В задаче встречается наклонная плоскость
Дополнительных обоснований здесь не требуется
9. ???
ИТОГ
Подводя итог, хочется сказать, что обоснование 30-й задачи это попытка письменно проверить то, что обычно экзаменатор проверяет устно — понимание. Физика — наука о природе, где критерий истины — эксперимент, а реальный объект исследования заменяется физической моделью. Задача модельного описания — отразить существенные для данной физической ситуации свойства. На вопрос, что в данной ситуации существенно, а что нет может ответить только пресловутый эксперимент. И когда мы решаем ту или иную задачу, следует понимать, что наши предположения были кем-то, когда экспериментально проверены
Буду рад, если этот материал оказался для Вас полезным. Поставьте лайк и напишите комментарий — это поможет продвижению моего канала
